風(fēng)能與動力工程專業(yè)教學(xué)理念研究與實踐

文 | 田德，劉永前，鄧英，高潔

我國地域遼闊，風(fēng)能資源豐富，截止2013年底，我國風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)總?cè)萘咳虻谝唬?1.3GW），2013年全國風(fēng)電新增裝機(jī)容量16089MW，全國風(fēng)力發(fā)電量134.9TWh，占發(fā)電總量2.5%，是繼火電、水電之后的第三大電源。

適應(yīng)風(fēng)電需求創(chuàng)建風(fēng)電專業(yè)

為適應(yīng)國家能源電力發(fā)展和風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)對人才的重大需求，在國家發(fā)改委、科技部、北京市政府的領(lǐng)導(dǎo)及世界銀行的支持下，華北電力大學(xué)創(chuàng)建了中國也是國際第一個集機(jī)械、電氣、控制等多學(xué)科交叉的風(fēng)能與動力工程專業(yè)（現(xiàn)已更名為新能源科學(xué)與工程專業(yè)）。經(jīng)教育部批準(zhǔn)，2006年9月開始招生培養(yǎng)，并提出了國內(nèi)外領(lǐng)先的“多學(xué)科交叉，國際化教育與工程化教育融合，科技創(chuàng)新與教學(xué)雙贏”的教育教學(xué)理念，實行“國際化、實踐型、創(chuàng)新型”教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生滿足風(fēng)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)及發(fā)展需要，具有扎實的理論基礎(chǔ)專業(yè)技術(shù)實踐能力。

一、專業(yè)課程體系設(shè)置

圖1 新能源科學(xué)與工程本科專業(yè)教材

新能源科學(xué)與工程專業(yè)風(fēng)電方向課程體系設(shè)置既包括基礎(chǔ)理論課程，如高等數(shù)學(xué)、電機(jī)、流體力學(xué)等課程，也包括專業(yè)課程如風(fēng)力發(fā)電原理、風(fēng)電機(jī)組空氣動力學(xué)、風(fēng)電機(jī)組設(shè)計與制造、風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測與控制、風(fēng)電場電氣工程，以及專業(yè)、公共選修課程。已出版風(fēng)力發(fā)電專業(yè)教材5部，校內(nèi)試用教材1部。課程設(shè)置結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)體現(xiàn)風(fēng)電專業(yè)課程特色，以產(chǎn)業(yè)需求為核心突出能力培養(yǎng)，理論結(jié)合實踐提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)。

主持完成的教學(xué)成果“適應(yīng)國家新能源電力發(fā)展需求，培養(yǎng)具有國際競爭力的風(fēng)電人才”榮獲北京市教學(xué)成果二等獎和華北電力大學(xué)教學(xué)成果特等獎。新能源科學(xué)與工程專業(yè)的本科生人才培養(yǎng)方案、本科專業(yè)教材、課程建設(shè)方案和教學(xué)大綱等被多所高校采納，為國內(nèi)風(fēng)電專業(yè)的發(fā)展提供經(jīng)驗，起到示范帶動作用。

二、校外人才培養(yǎng)基地建設(shè)

除校園內(nèi)的課程學(xué)習(xí)之外，校外實習(xí)和實踐是提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力、提高教師的業(yè)務(wù)水平和實踐教學(xué)能力的重要手段，華北電力大學(xué)新能源科學(xué)與工程專業(yè)風(fēng)電方向與知名風(fēng)電企業(yè)聯(lián)合建設(shè)北京市風(fēng)電實踐教學(xué)校外人才培養(yǎng)基地，在北京、河北等地設(shè)有實習(xí)車間，可進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組裝配、發(fā)電運(yùn)行模擬培訓(xùn)，還可結(jié)合實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行機(jī)組裝配操作和機(jī)組運(yùn)行實驗。

三、專業(yè)教師隊伍建設(shè)

圖2 訪問丹麥RISO實驗室風(fēng)電試驗場

新能源科學(xué)與工程專業(yè)風(fēng)電方向按照“博士化、國際化、工程化”的原則建立穩(wěn)定優(yōu)良的專業(yè)教學(xué)隊伍，目前在校全職教師20人，聘客座教授18人，包括徐建中院士、賀德馨原理事長、姚興佳理事長等知名專家、外籍博士9人。采取工程化與現(xiàn)場實習(xí)相結(jié)合，教學(xué)和科研相結(jié)合，國際化與學(xué)術(shù)交流相結(jié)合的教師能力培養(yǎng)方案，2008年以來，派遣在職教師到德國、美國、英國、丹麥、西班牙等國訪學(xué)，參加學(xué)習(xí)培訓(xùn)超過60人次，為培養(yǎng)具有國際領(lǐng)先技術(shù)水平的人才打下堅實基礎(chǔ)。

實驗平臺建設(shè)科研教學(xué)相長

新能源科學(xué)與工程專業(yè)風(fēng)電方向共完成了12個專業(yè)實驗室建設(shè)，包括風(fēng)洞實驗室、風(fēng)電機(jī)組模型及拆裝實驗室、風(fēng)電機(jī)組主要部件性能實驗室、風(fēng)電場狀態(tài)監(jiān)測與優(yōu)化運(yùn)行實驗室等。建立了以大型風(fēng)洞實驗室為主導(dǎo)，以風(fēng)電場與風(fēng)電機(jī)組相關(guān)學(xué)科的專業(yè)實驗設(shè)置為基礎(chǔ)，以新能源國家電力重點(diǎn)實驗室建設(shè)、211工程建設(shè)和985平臺建設(shè)為核心的試驗場基地，促進(jìn)科技創(chuàng)新與教學(xué)相長。

圖3 新能源電力系統(tǒng)重點(diǎn)實驗室試驗平臺

本教學(xué)團(tuán)隊是“新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實驗室（華北電力大學(xué)）”的重要組成部分之一。實驗室以我國特有的大規(guī)模新能源發(fā)電基地集中接入電網(wǎng)的開發(fā)模式為背景，從新能源轉(zhuǎn)換機(jī)理及多尺度建模入手，開展新能源電力系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)理與建模理論研究，該研究以深刻認(rèn)識并揭示風(fēng)力發(fā)電耦合機(jī)理及特性為目標(biāo)，發(fā)展發(fā)電過程模型，提高發(fā)電效率、可靠性及穩(wěn)定性，從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)電耦合機(jī)理、電網(wǎng)適應(yīng)性、風(fēng)電場功率預(yù)測等方面開展研究，構(gòu)建新能源發(fā)電過程復(fù)合建模的理論框架，建設(shè)包括風(fēng)洞風(fēng)輪特性試驗平臺、海上風(fēng)電機(jī)組試驗平臺、風(fēng)電場建模與仿真平臺的試驗平臺，為新能源電力系統(tǒng)發(fā)電過程優(yōu)化控制與運(yùn)行提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。

求實鑄就輝煌桃李遍布神州

一、科研成果

2007年以來，團(tuán)隊教師獲得科學(xué)研究項目17項，其中國家863項目“風(fēng)力發(fā)電設(shè)計技術(shù)及其工具軟件開發(fā)”子課題等2項，國家自然科學(xué)基金項目6項（面上項目1項，青年基金項目5項），國家科技支撐項目“5.0MW近海風(fēng)電機(jī)組整機(jī)設(shè)計、集成及示范”子課題1項，“3MW海上直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組研究開發(fā)” 等2項重大國際科技合作項目，以及多項企業(yè)合作項目。2013年“2MW風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)研究及再工程化設(shè)計”榮獲中國船舶重工集團(tuán)公司科學(xué)技術(shù)獎二等獎（第二完成單位）。發(fā)表學(xué)術(shù)論文一百多篇，其中SCI/EI收錄論文五十多篇。

二、教學(xué)成果

新能源科學(xué)與工程專業(yè)經(jīng)歷八年的教育教學(xué)實踐檢驗，教育教學(xué)成果突出，在教育教學(xué)改革與實踐等方面取得了重大突破，至今已有本科、研究生畢業(yè)生上百名，在全國從事風(fēng)電場設(shè)計與規(guī)劃、風(fēng)電機(jī)組設(shè)計與制造、風(fēng)電場運(yùn)行與管理、風(fēng)力發(fā)電新技術(shù)開發(fā)等工作。

結(jié)語

華北電力大學(xué)創(chuàng)建新能源科學(xué)與工程專業(yè)風(fēng)電方向以來，采取“多學(xué)科交叉，國際化教育與工程化教育融合，科技創(chuàng)新與教學(xué)雙贏”的教育教學(xué)理念，豐富“國際化、實踐型、創(chuàng)新型”教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化教學(xué)團(tuán)隊競爭力，拓寬教學(xué)團(tuán)隊國際視野，提升科研隊伍科研水平，

實施科研帶動教學(xué)，教學(xué)與科研相長培養(yǎng)方案，勇于改革創(chuàng)新，追求國際領(lǐng)先。本專業(yè)歷經(jīng)八年的教育教學(xué)實踐檢驗，成績突出，為我國風(fēng)電教學(xué)、科研、產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了一大批高水平、高素質(zhì)、具有國際競爭力的創(chuàng)新型風(fēng)電人才。